注塑机PLC自动控制系统

注塑机PLC自动控制系统

摘要；本文在研究过程中将PLC的控制和网络通讯功能应用到注塑机综合自动化系统中，实现注塑机动作程序控制，将模糊控制等先进控制理论应用到注塑机料筒温度控制中，并在注塑机全电气化方面作了一些有益的尝试。

关键词；注塑机；PLC；自动控制系统

1、引言

现代注塑机是一个集机电—液于一体的典型系统，由于一次能够成型复杂制品、后加工量少，再加上可采用注射成型加工的塑料种类非常多，以及注塑成型加工具有适应性强和效率高等特点，因而成为一种非常重要的塑料成型加工方法。可编程序控制器（Programmable Controller，PLC）是一种介于计算机和简单顺序控制器之间的自动控制装置,在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型技术,得益于微电子和控制技术的发展与综合，在三十年时间内，迅速发展成为一种多功能、智能化的综合控制器系统。PLC强大的网络通讯功能，使其应用领域从单机自动化、生产线自动化，扩大到车间及工厂生产综合自动化，最终建立计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）、智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，IMS）。同样，PLC在注塑机上得到了广泛而成功的应用，不仅继承了传统继电器控制系统的逻辑控制功能，而且借助各种智能模块已能够对预塑计量、料筒温度、注射压力等过程实现精确、实时控制。例如，奥地利B＆R公司的B＆R2000系统可以精确地监视、控制注塑机多区域温度，实现能量最优化，还专门研制了针对注塑机的特殊模块。针对注塑机全电气化控制发展要求，国外（日本、奥地利等）采用PLC研制成功了全电气化注塑机。我国在这方面与国外相比还存在较大的差距，PLC在注塑机上的应用还仅仅停留在简单的逻辑控制上面，甚至大部分厂家还使用继电器作为控制器。

2、注塑机PLC自动控制系统

注塑机控制通常指的是电液控制，即由液压和电气控制部分组成。注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（压力、速度、温度、时间等）和动作程序，准确有效地工作的控制系统。目前注塑机的发展主要集中在：

    ⑴ 提高制品尺寸精度和稳定性

    ⑵ 提高速度、缩短成型周期

    ⑶ 生产过程的自动化和省力

    但所采用的技术手段，都离不开以计算机技术为基础的自控技术。因此，注塑机的控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容，主要包括动作程序控制（如开闭模、注射、保压等）和过程程序控制（例如，注射过程的速度和压力程序控制等）两个方面。

2.1注塑机动作程序控制

    注塑机动作程序是指机器在成型周期中各动作的先后次序。由于注塑机用途和结构上存在差异，因此，动作程序是有差别的。例如，排气、热固性塑料等专用机与普通型注塑机，肘杆式与液压式，螺杆式与柱塞式，它们之间的动作程序都有差别。

2.1.1注塑机的动作程序 

    注塑机动作过程的程序编排，可按预塑加料的先后次序分为加料退回、退回加料和固定加料三种。

    ① 固定加料  是指机器在各次工作循环中，喷嘴始终同模具相接触，也就是在加工过程中喷嘴没有后退或前移的动作。这种方式比较适用于加工温度范围较宽的一般性塑料（如聚乙烯、聚苯乙烯、ABS等），其特点是可缩短循环周期，提高机器生产率。

    ② 加料退回  是指在每次工作循环中，注射部件的喷嘴都需作一次撤离模具的动作。但喷嘴退回的动作必须是在每次螺杆预塑后进行，故称之为加料退回。这种程序主要用在使用开式喷嘴或需要用较高的背压进行预塑的场所，因为它可以减少喷嘴的“垂涎”现象。

    ③ 退回加料  如每次工作循环中螺杆塑化计量是在喷嘴退回之后进行，即称之为退回加料。因为这种程序安排，可使喷嘴同温度较底的冷模具接触时间为最短，所以适于加工范围较窄的结晶型塑料的加工。

2.1.2塑机的操作方式 

    目前注塑机常用的操作方式有调整、手动、半自动、自动四种。

    ① 调整  是指机器所有动作，皆须在按下相应按钮的情况下并以慢速进行。放开按钮动作即行停止，故又称之为点动。这种操作方式适合于装拆模具、螺杆和检修调整机器用。

    ② 手动  是指机器所有动作，只须按动按钮就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底。这种操作方式多数用在调模阶段和生产开始阶段，或组织自动生产有困难的一些制品上。

    ③ 半自动  是指每个成型周期仅须把机器的安全门关闭后，工艺的各个动作就按照预定的程序自动进行，直至一个成型周期进行完毕为止。此操作主要用于组织全自动化生产尚不具备条件的一些制品加工上，例如必须由人工取出制品或放入嵌件的生产过程，这也是机器经常所采用的操作方式。

    ④ 全自动  是指机器的动作程序，全部由电器控制，自动地周而复始地进行。这种操作可以减轻人工劳动，是实现一人多机或全车间机台集中管理，进行自动化生产的必备条件。

    实现注塑机动作程序的控制相对比较容易实现，因此，目前的重点在于发展过程控制。

2.2塑机过程控制及与制品质量的关系

    过程控制旨在提高制品质量，使机器的效能得到最大限度的发挥。由于注射工艺过程比其它成型工艺过程复杂，因此至今尚未找到一个能描述全过程的数学模型，操作水平在很大程度上还依赖于实践经验。

2.2.1响制品质量的因素 

表示制品质量的内容是多方面的，如制品的尺寸精度、物理机械性能、外观色调等。而目前可以直接进行控制的只有制品重量与尺寸精度，但其中制品尺寸精度还是通过控制塑料在加工时的比容（即收缩）来实现的，所以实际上只有制品的重量（即制品的比容）可以进行直接控制。

    影响制品质量的因素很多，但归结起来不外乎有加工用的塑料性能、模具、注塑机和外部其它条件等。在一个特定加工条件下，为保证获得较好质量的制品，只有通过控制注塑机工艺条件来实现。

    根据塑料的P（压力）、V（比容）、T（温度）特性曲线，要得到符合重量或尺寸精度要求的制品，必须做到对上述过程中的塑料状态保持恒定，严格控制有关参数（如压力、温度、、速度、时间），亦即保证在塑化时提供数量一定、温度均匀的熔料；充模时有适合模腔特点的稳定流动状态；保证冷却时有合适和恒定状态的条件，以得到性能稳定和优质的制品。

2.2.2过程参数与制品质量的关系

    综合各种影响因素，可把整个注射过程分为若干阶段，分别加以控制。

    ⑴ 合模过程控制  合模力的大小，对于制品成型至关重要，往往需要进行动态测试，利用压力及位移传感器，以保证系统能提供足够的锁模力，不至于产生飞边等现象，同时，也是进行二次合模的保证。

⑵ 预塑过程控制  这一过程在于使塑料能够均匀塑化，并达到精确计量，与前者相关的参数包括各加热段温度、螺杆转速、以及背压大小。一般而言，预塑时螺杆后退形成的轴向温差远比径向温差大，从而成为研究的重点。根据背压与熔料温度存在的线形关系，认为可以根据实际料温而变化背压大小，并以此来补偿预塑时因螺杆有效长度的缩短而引起的轴向温差。现在一般采用图2—1设计方案：在高背压下，剪切力大，转速低，塑化时间长；在低背压、低转速下，由于螺杆前部熔料的压力得到大部分释放，减少了螺杆转动惯量，因此，利用位移传感器，螺杆计量精度得以提高。

P/h_gf/cm²                           V/rpm

V/rpm                          S/mm

图2—1和螺杆转速程序花设计

⑶ 注射充模过程控制  如图2—2该过程重点在于控制注射速度、注射压力及注射转保压切换点。由于熔料状态一定时，充模过程流动状态主要取决于注射速度。注射速度高，可以缩短充模时间，熔料密度均匀、温差小、传递性好、制品内应力小，对多型腔模具引起各制品间的尺寸误差也比较小。适用于加工温度范围窄、粘度高的工程塑料，或成型大型薄壁、精密制品，但是，高速注射也带来了以下问题：

    ① 由充模转保压过程位置难以控制，而发生过量充填，制品产生飞边和毛刺。

    ② 在浇口和模腔内流道急剧变化处易形成不规则流动，而使制品表面形成各种流痞。

    ③ 卷入气体引起制品表面烧伤。

因此，实际使用时常用多级（例如3级）注射速度，即熔料流经浇口和充模结束时较低，其它过程为高速注射。

V/mm/s

   S/mm

图2—2注射速度程序控制

⑷ 保压过程控制  在浇口固化前施加保压压力，旨在阻止模腔内熔料倒流，保压切换过早会引起模腔内塑料倒流，而产生缩孔、中空等缺陷，保压过长又会因浇口已固化再进行充填，使浇口周围形成应力。因此，一般采用多级保压压力，按时间进行切换，即能获得消除残余应力的显著效果。

4.2.3 实现过程控制（电气控制）的常规方法

    实际控制系统一般由传感器、调节器、执行机构等组成，有开环及闭环控制系统之分。精密注塑机依赖于电气与液压两部分控制，除了要求合理的机械结构外，还必须配备高性能的液压控制技术及相应的电气控制技术，以便对注塑机实现多级速度控制、多级保压力控制、多级预塑速度控制、多级预塑背压控制。因此，目前大多采用电液比例技术来满足主机对液压系统的要求，常用电气控制系统包括：

    ⑴ 传统继电器型  这是一种由传统的继电器控制箱再加上数码—电压转换器组成的典型控制柜，还包括信号检测及输出控制电路。其中，由数码—电压转换器来连接逻辑开关控制线路与模拟控制阀，将拨盘数字转换成模拟电压，并经比例放大器来控制比例阀。信号输入及数值显示单元只能是数码拨盘和电位计。但由于继电器控制存在着线路复杂、可靠性低、维修麻烦等缺陷，现在已趋于淘汰。

    ⑵ 可编程控制型  可编程控制器最初是从微机中简化出来的简单控制器，包括时间继电器、计数继电器、锁存继电器、记忆继电器和通断继电器等，由于它能够完全代替电气控制系统中的继电器部分，性能优良、价格低，指令系统简单易学，对操作、使用、管理要求不高等特点，与模拟电压输出装置（数码—电压转换器、电位计等）结合，可用于控制电液比例系统。近年来，随着PLC控制技术的发展以及各种智能外围模块的使用，PLC可以对注塑机的控制过程进行精确、实时的控制。

    ⑶ 微机控制型   六十年代后期，美国费洛斯公司（FELLOWS）首次采用微型计算机对注塑机进行过程控制。进行微机控制的第一步，是将注塑成型过程中的压力、温度等模拟量译为计算机的语言，输入到计算机内同预先设定值对比，进行决策控制。输入信号及数值显示单元种类较多，有数码拨盘、矩阵插孔板、阵列电位器、发光二级管矩阵、标准或专用键盘等输入方式，以及数码管、LCD、CRT等信号显示方式。

    ① Z80—CPU控制系统  以TP—801单板机为典型代表，结构紧凑，板上安装有中央处理单元、键盘、显示器、CTC、PIO、RAM、ROM，而且还可以扩展I/O、D/A、A/D等接口。

    TP—801采用汇编语言编程，由于有较强的数据处理功能，可进行8位数据的输入和输出，在软件的支持下，还可以进行8位以上数字运算、处理，完全能满足注塑机控制的要求。

    ② 单片机控制系统  单片机是比单板机集成度高的微处理器，在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O、振荡器和时钟线路，几乎包含了一个数字系统所需的全部功能，具有处理能力强而灵活、兼容性好、单一正5伏电源、性能价格比高等特点，已用来构成各种实际需要的控制系统。但单片机控制存在着抗干扰性能差、标准性差、编程复杂等缺点，限制了其使用。

    ③ 专用电脑控制系统  随着微机技术的发展及广泛运用，已有专用电脑用于注塑机控制，并由简单的开环控制过渡到局部闭环控制，再发展到今天的全闭环控制。系统除了常规的功能外，还有图形显示、故障报警、自诊断及数据处理、存储和打印功能。

    ④ 多处理机系统  这种系统的设计思想是将多任务进行分配，即由若干CPU来完成，例如，温度控制就由独立的CPU来完成，而别的CPU则作程控及过程参数控制工作，系统中只有一台主机和若干台从机。

2.3采用PLC的注塑机控制系统研究

    现代注塑机一般都由机械、液压及电气控制系统三部分组成机械化、自动化程度较高的综合控制系统，以确保成型过程按设定参数要求（如压力、速度、保压、预塑、冷却、开合模和顶针进退）准确有效地工作，同时满足高速、高效、节能等要求。本节以SZ—200/120型注塑机为例介绍采用PLC设计的注塑机控制系统。

2.3.1SZ­—200/120注塑机电液比例系统

2.3.1.1 SZ—200/120注塑机液压系统

    SZ—200/120注塑机注射量200克、锁模力120吨。液压系统中安装了一只电液比例压力和流量复合阀，系统压力亦即作用于注射油缸的油压，由负载和同时受压力先导阀及流量先导阀影响的压力阀主调节阀芯开度决定，其中流量阀和压力阀分别控制注射速度、保压压力等。

    液压动力系统采用双联泵快、慢回路，大小泵同时或单独向主油路供油，具有快、慢速开合模控制功能。一般情况下，大泵卸荷，调定大泵压力为65k_g/cm²。小泵为95k_g/cm²，双联泵有助于节能。

2.3.1.2 采用PLC的SZ—200/120注塑机电控系统。

采用PLC 控制，电机启动部分包含星—三角启动、热继电器、熔断器、接触器及空气开关等，完成电机星—三角启动转换，以及过载保护和短路保护功能。PLC控制完成系统温度控制、动作过程控制、完成数据设定、料温控制及发出操作指令等，实现了四段温度控制、开合模三级、三级注射速度、二级保压压力等。

2.3.1.3 SZ—200/120注塑机电控系统设计

本系统采用日本欧姆龙公司C200HS PLC,包括1块数字输入单元C200H—ID212、1块数字输出单元C200H—OC225、2块模拟量输入单元C200HAD001、1块模拟量输出单元C200H—DA001、2块温度传感器单元C200H—TS001，1块高速计数单元C200H—CT001，1块模糊控制单元C200H—FZ001、1块同位链接单元C200H—PC401。系统如图2—5所示。

      行     电  加  注合模制   系  系   系  系   喷1 2 3   油  模     预

      程     磁  热  射模腔品   统  统   统  统   嘴段段段  箱  腔    塑

      开     阀  线  行行压重   压  流   压  流   温温温温  温  温    行

      关         圈  程程力量   力  量   力  量   度度度度  度  度    程

         2—5  SZ—200/120注塑机电控系统

2.3.1.4 SX—200/120注塑机电控系统控制程序编制

⑴ SZ—200/120注塑机动作程序控制由行程开关、接近开关、时间、模拟量进行切换，采用星—三角启动，手动、半自动、自动动作，在注塑机工作中进行温度、压力、位移等数据采集。将上述动作，按时间先后顺序可绘成如图2—4所示的注塑机工作过程循环图。

    ① 合模  注塑机的成型周期一般从模具开始闭合时起。模具首先以低压力快速开始进行闭合，当动模与定模快要接近时，合模的动力系统自动切换成低压（即试合模压力）、低速，在确认模内无异物存在时，再切换成高压而将模具合紧。

    ② 注射装置前移和注射  在确认模具达到所要求的合紧程度后，注射装置前移，使喷嘴和模具贴合。当喷嘴与模具完全贴合后，便可向注射油缸接入压力油。于是与油缸活塞杆相接的螺杆，则以高压高速将头部的熔料注入模腔。此时螺杆头部作用于熔料上的压力为注射压力，又称一次压力。

    ③ 压力保持（保压）  注入模腔的熔料，由于低温模具的冷却作用，使注入模腔内的熔料产生收缩。为制得质量致密的制品，故对熔料还需保持一定的压力进行补缩。此时，螺杆作用于熔料上的压力，又称二次压力。在保压时，螺杆因补缩而有少量的前移。

    ④ 制品冷却和预塑  当保压进行到模腔内的熔料失去从浇口回流可能性时（即浇口封闭），注射油缸内的保压压力即可卸去（此时合模油缸内的高压也可撤除），使制品在模内冷却定型。此时，注射装置后退到原来位置，然后螺杆在液压马达的驱动下转动，将来自料斗的粒状塑料向前输送，并使其塑化。由于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆在转动的同时又发生后退。螺杆在塑化时的后移量，即表示了螺杆头部所积存的熔料体积量。当螺杆回退到计量值时，螺杆即停止转动，然后注射油缸活塞杆后移推动螺杆后移，进行防涎，当达到防涎值时，螺杆停止移动，准备下一次注射。制品冷却与螺杆塑化在时间上通常是重叠的，在一般情况下，要求螺杆塑化计量时间要少于制品冷却时间。

    ⑤ 开模顶出制品  模腔内的熔料经冷却定型后，合模装置即行开模，并自动顶落制品

    合 模            射台进           注 射              保 压               射台退              预塑

                                                                                                                                                                          顶针退           顶针进              开 模               冷 却             防涎 

             图2-4  注塑机工作过程循环周期图

    ⑵ 编程  程序编制采用欧姆龙公司FIT（FACTROY INTELLIGENT TERMIMAL）编程器LSS软件系统，程序流程图如图2-5所示。

注塑机动作程序控制实际上顺序控制，按照制品生产的先后顺序执行各个生产过程， 在这里使用一个移位寄存器SFT（10），移位寄存器

                             星—三角启动

                                    初始化

                 Y

                        N                                     Y

                                    手动否

                                     N                 

                                    原 点

                                                     N

                                   安全门关否

                                     Y                     

                                                                                     手       

                                   快速合模                                          动

                                                                                     操

                                                                                     作

                                   低压合模

                                                合模超时

                                   高压合模

                                    射台进

                                    注射1

                                    注射2

                                    注射3

                                    保压1

                                    保压2

                                    射台退

                                    预 塑

                                    防 涎

                                    冷 却

                                   慢速开模

                              快速开模

                              慢速开模

                               顶针进

                                                N

                                  自动否 

                                   Y         

                                            N     打开安全门，

                                 制品落下否       取出制品，再

                                   Y              关上安全门

                                   顶针退

                               生产数量完成否   

                          图2-5  SZ—200/120注塑机动作程序流程图

SFT符号如图2-6所示，B为移位开始通道号，E为移位结束通道号，B≤E，并且B和E必须在同一数据区。当移位脉冲输入P端每接收一个脉冲信号上升沿时，数据输入I端的状态将被移入B通道的最低位，B和E的所有通道中的数据依次左移一位，E通道的最高位移失。SFT的复位端为ON时，将使B至E通道的所有位置0。在SZ—200/120注塑机顺序控制中可使用HR00~01通道作为移位寄存器，HR通道中的每一位分别对应于工作周期中的每一个动作的状态序号，系统启动时用微分指令对移位寄存器作初始化，将立即数0001送入移位寄存器HR00中，即HR0000为“1”，指示系统处于“原点”状态，以后系统状态每变化一次，就产生一次移位脉冲，使HR00~01通道中的“1”向左移动一位，系统状态号递增，系统按工艺要求执行和模、注射、预塑等动作。当“1”移入HR0103时，先断开微分指令DIFU（13）的输入，接着使移位寄存器复位，这时HR0103又被复位为0，当CPU在下一次扫描周期中执行到微分指令时，由于HR0103已被清零，则微分指令又一次输出，再次将立即数0001送入HR00通道，又开始下一个生产周期。SZ—200/120注塑机动作程序控制部分程序列于表4-1。

                                          I：数据输入

                I            SFT（10）      P：移位脉冲

                              P                      B             R_t：复位

                              R_t                       E             B：开始通道

                                             E：结束通道

                   图2-6  SFT移位脉冲

2.3.2    模糊控制技术在SZ—200/120注塑机料筒温度控制中的应用

1965年，美国自动控制理论专家扎德（L.A.Zadeh）教授，提出了用模糊集合描述及分析模糊现象，标志着模糊数学的诞生，至今已经历三十多年的辉煌发展史。模糊数学作为数学的一个重要分支，也是近年来研究最为活跃的领域之一，越来越受到数学界、应用理论界、工程界、社会科学界和其它各界人士的重视。1973年，扎德给出了逻辑模糊控制器的定义

                         表2-7  注塑机动作控制程序

和定理，为模糊控制奠定了基础。1974年，英国学者马丹尼（E.H.Mamdani）首先利用模糊控制语句构建模糊控制器，并把它用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室中获得成功，从而宣告了模糊控制论的诞生。与用经典控制理论和现代控制理论设计控制系统相比，运用模糊控制技术，不需建立被控对象精确而复杂的数学模型，却可以成功地解决非线性、强耦合和纯滞后等在许多工业控制过程中难以克服的困难，因而，随着模糊数学和模糊控制理论的不断发展，模糊控制技术也越来越显示出它强大的生命力。图2-7为一典型的模糊控制系统^[12]。其中模糊控制器是整个模糊控制系统的核心，它以模糊集合理论为基础，模拟人的知识表达和知识推理其基本构成包括：模糊化、模糊控制规则、模糊推理和非模糊化。

2.3.2.1 模糊控制的基本原理

    见图2-8其基本原理可简述如下：微机经中断采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较，得到误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号E的精确值进行模糊量化变成模糊量，误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示。至此，得到了误差E的模糊语言集合的一个子集e（e实际上是一个模糊向量）。再由e和模糊控制规则R根据推理的合成规则进行模糊决策，从而得到模糊控制量u，u=e 。R   符号“。”表示合成关系。

   为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量u转换成精确量，这一步骤称为非模糊化。得到这一精确的数字控制量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构，这样循环往复， 即实现了模糊控制。

+

             A/D          模糊控制器            D/A           执行机构          被控对象

     —

                                        传感器

                          图2-8  典型模糊控制系统

2.3.2.2模糊控制在注塑机料筒温度控制中的应用研究

通常，温度控制系统存在大惯量，再加上多变量强耦合作用，使得系统建模较为困难，采用传统PID控制难以获得满意的效果。模糊控制不需要建立数学模型、尤其适合非线性、大滞后、强耦合系统控制。PLC由于具有通用性好、性能可靠、编程灵活、扩充方便、特别适合工业环境等特点，广泛应用于各行业，取代传统的继电器控制系统。图2-9是SZ—200/120注塑机料筒温度控制系统结构图，由于设备的限制，本文仅对两路料筒温度模糊控制作实验性的研究。

    ⑴ 温控系统构成与设计原理  系统采用C200HS PLC作为主控制器，包括开发系统和应用系统两部分。

     ① 开发系统部分  开发系统由386兼容机、模糊支撑软件FSS、系统支撑软件SSS、打印机，以及C200H—LK201等部分组成。

    ·FSS软件支持C200H—FZ001模糊控制模块，通过386计算机输入知识并监控模块操作，编写输入输出隶属度函数，模糊控制规则，实时监控系统运行状态等。同时，也可以方便地改动隶属度函数和控制规则，使系统的控制效果达到最优。经优化的程序再通过RS—232C从计算机下载至FZ001。                       

                                       打印机

                                             386计算机

                                            FSS、SSS软件

       LK201                                                                               编程器

       TS001

       OC225                                                   C200HS

       FZ001                                                                      ID212

                                     SSR       SSR        SSR         SSR

                                1          2           3           4

                            加热圈1   加热圈2     加热圈3     加热圈4

图2-9  SZ—200/120注塑机料筒温度控制系统结构

·SSS软

件可以方便输入、修改梯形图，将梯形图转化成指令，通过C200H—LK201模块传给CPU。SSS软件对梯形图采用全屏幕编辑，克服了使用编程器仅能输入单条指令且不易修改等困难。

    ① 应用系统部分包括模糊处理、温度采集和加温控制部分。

    ·模糊处理部分  模糊处理部分主要由C200HS—FZ001模块组成，作为系统核心并实施PLC控制和模糊推理。其中，C200HS—CPU11模块包括电源电路、微处理器、外设接口电路、I/O总线、接口电路及输入输出电路等，配有一手持编程器C200HPR027用以CPU编程、监视和运行等；C200H—FZ001具有先进的高速模糊处理功能，根据固化在模块内部RAM的模糊程序对输入参数进行模糊推理、决策，从而得到一个输出值，通过对该输出值进行数据处理，就可以生成一个输出控制参数。

    ·温度采集部分  温度采集部分K型热电偶E52—CA，温度传感器单元TS001等组成，铂电阻作冷端补偿，转换后以BCD码传给CPU。TS001模块共有4路输入，输入通道数和输入方式可以用模块底部的DIP开关来设置。

·加热控制部分  加热控制部分主要由C200H—OC225模块、固态继电器SSR—220B和加热圈等组成。CPU将控制参数传给OC225，OC225通过SSR采用PWM（脉宽调制）来控制加热圈的加热功率^[13]。

    ⑵ 系统的检测与驱动回路的设计  金属料筒两端分别装有加热圈，两段温度设定值不一样。显然，由于料筒比较短、导热性能好，故两段温度必定存在着较强的耦合作用，要求模糊控制算法能够进行解藕控制。因此，可设计一个二维模糊控制器，输出U1、U2分别驱动继电器1、2控制加热功率；输入为E1、E2和DE1、DE2，构成一个四输入、两输出模糊控制系统。

    ① 检测回路的设计  系统温度检测回路，总共可以采4路热电偶传感器温度。本系统只使用其中2路，Ro为冷端补偿用铂电阻。

② 驱动回路的设计  加热驱动回路，利用无触点过零型固态继电器SSR作为大功率控制器件，并基于PWM原理来控制加温功率，即在一个固定的控制周期内，根据CPU的输出数据相应调节加热圈导通时间与关断时间比例，以满足温度控制要求。该法具有控制系统简单、便于实现、控制精度等特点。

⑶ 系统控制程序编制  温控系统的主控程序采用全屏幕梯形图方式编程，效率较高，其主控程序流程图如2-10 所示。

⑷ 系统模糊控制算法  系统擦用二维模糊控制器，分别选定该系统模糊控制器误差E1、E2词集为{PB，PM，PS，0，N}，误差变化率DE1、DE2的词集为{N，0，P}，输出变量U1、U2的词集选定为{PB，PM，PS，0}。控制规则和隶属度函数见附录。

⑸ 实验结果及分析  实验用家蚊金属料筒全长360mm，内径40mm，两段加热圈功率均为200W，第一，二加热段温度分别设置为80℃和60℃。实验结果及分析如下：

                         开 始

                                   AD模块初始化

                              两路AD数据采集及处理

                              两路信号的滑动平均滤波

                          模糊信号误差、误差变化率的计算

                               模糊输入信号的量化

                                 模糊模块的初始化

                        经过模糊推理后的模糊控制信号的读取

                                模糊控制信号的量化

                              PWM控制数据的预处理

                         采用PWM方法的控制信号的输出

                            相关监控数据的上位传输

                                     结 束

                      图4-12 温控系统主控程序流程图

经优化后第一加热段无振荡现象和超调，第二加热段无振荡，只有一个微小超调，控制效果得以改善。干扰引起的振荡被抑制，表明系统具有较好的鲁棒性。环境温度变化对系统温度的影响十分明显。加入自适应系数αi后，环境温度变化对系统温度的影响明显得到消除。

参考文献：

1、雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,19981

2、周士昌.液压系统设计图集[M].北京:机械工业出版社,2003.

3、王兴天.注塑成型技术[M].北京：化学工业出版社，1989

4、章宏甲.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2000

5、王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].北京：机械工业出版社，2000

6、钟汉如.注塑机控制系统[M].北京：化学工业出版社，2004

7、王栋,周建彬,王卫锋.一种新型的基于PLC控制的传送系统[EB/OL].http://www.testmart.cn/CN/News/,2004-12-8.

8、谭义明.可编程控制器在实型铸造泡沫模成形中的应用[J].工业控制计算机,1994(5).

9、陈曦.基于质量的注塑过程建模方法研究[D].杭州:浙江大学系统工程研究所,2001.8.

10、刘成峰.注塑机电液控制系统的建模及仿真研究[D]太原:太原理工大学,2003.5.